随着化石能源的大量消耗和人类活动加剧,大气环境中CO₂含量日益剧增。打破了原有生态环境的碳循环,带来一系列环境问题。因此,实现生态系统的碳循环稳定,减少大气中CO₂含量迫在眉睫。电催化转化CO₂成能源物质由其较好的应用前景,备受国内外研究者关注。而选择和设计高效,低成本,高稳定性电催化还原CO₂催化剂至关重要。本文在课题组前期的研究基础上,选择低成本、高稳定性、无毒害的Bi₂O₃基催化材料作为研究对象,采用简易合成方法,结合有机无机材料实现高效电催化还原CO₂成乙醇和甲酸。本文主要研究内容及结论如下:首先,采用一步法合成有机-无机PANI-Bi₂O₃催化材料,对其进行比例调控和酸处理,通过调控PANI和Bi₂O₃的摩尔比来获得不同形貌的PANI-Bi₂O₃,并考察HCl和HNO₃处理的不同比例PANI-Bi₂O₃电催化还原CO₂的性能。电化学实验研究表明:随着PANI引入到Bi₂O₃中,使其由原来的Bi₂O₃主要产生甲酸到PANI-Bi₂O₃主要产生乙醇转变,当PANI和Bi₂O₃的摩尔比为3.48时,PANI-Bi₂O₃有较好的催化性能,在-1.6 V vs.SCE的过电位下催化转化CO₂成乙醇的法拉第效率为69.1%。此外,当经HCl处理的PANI和Bi₂O₃的比例为1.16时,在-1.6 V vs.SCE电位下获得乙醇的法拉第效率为79.6%,而在HNO₃处理的PANI和Bi₂O₃的比例为2.32时,在-1.6 V vs.SCE电位下获得乙醇的法拉第效率为65.2%。分析发现PANI-Bi₂O₃相比于Bi₂O₃和PANI具有较优异的电催化还原CO₂性能是由于PANI的引入,使得PANI-Bi₂O₃比表面积增大,此外,PANI-Bi₂O₃中除存在PANI所固有-N=和-NH⁺等N物种,还发现吡啶-N物种的特征峰存在,该物质存在能够有效促进电催化还原CO₂反应生成乙醇。另外,经HCl处理的不同比例PANI-Bi₂O₃由于质子酸掺杂和表面改性使其电催化性能得到提升,而HNO₃处理虽然也提供质子酸和表面改性处理,但内部催化结构发生改变,使其催化性能降低。其次,通过配位沉淀法简易准确合成不同比例的Co₃O₄-Bi₂O₃复合催化材料,并对催化材料制备焙烧时间、焙烧温度及催化剂负载量进行研究。发现当焙烧温度为500°C、焙烧时间为5 h、负载量为0.75 mg.cm^-2电催化还原CO₂的性能最佳。随后,对不同Co/Bi摩尔比（3/1,2/1,1/1,1/2,1/3）催化材料进行合成,并采用XRD,Raman,SEM,BET和XPS对其进行表征和催化性能分析。发现,随着Co/Bi比例的增加,比表面积逐渐增大,催化剂表面结构逐渐由光滑网状结构向片状插层结构转变,当Co/Bi比例为2/1时具有较为明显的独特插层相互作用,且晶格畸变或者残余应力最大。电化学实验研究发现:Co₃O₄-Bi₂O₃（2/1）电催化还原CO₂性能最佳,双电层电容值最大,Tafel值最小。与Bi₂O₃相比,起峰电位为-0.88 V vs.SCE,降低了468mV,在-1.4 V vs.SCE下电流密度由-0.8 mA·cm^-2增加到-34.8 mA·cm^-2,增加了高达40倍。说明Co₃O₄引入能够显著改善Bi₂O₃的电催化还原CO₂性能。此外Co₃O₄-Bi₂O₃（2/1）在-1.05 V vs.SCE的较低过电位下实现甲酸的法拉第效率为93.1%,且继续12 h电解过程中法拉第效率和电流密度基本保持稳定,而在该条件下Bi₂O₃基本无产物生成。分析发现,Co/Bi为2/1时具有较好的催化性能可能与其形成的独特插层结构和在该结构下少量Bi₂₅CoO₄₀,Co₃O₄和Bi₂O₃相互作用,且与产生较大的晶格畸变有关。